等离子体辅助化学气相沉积技术

等离子体辅助化学气相沉积技术2一、等离子体概述1.等离子体的定义：等离子体是物质存在的第四种状态，是由等量的自由电子和带电离子组成的非束缚状态的宏观体系。2.等离子体的产生：电击穿、射频放电、微波激发、冲击波、高能粒子流、高温加热等3.等离子体的应用：（1）低温等离子体：发光显示、刻蚀、镀膜（2）高温等离子体：磁控核聚变发电3二、PECVD技术（一）PECVD概述1.PECVD的定义：在低压化学气相沉积过程进行的同时，利用辉光放电产生的等离子体对沉积过程施加影响的技术称为等离子体辅助化学气相沉积技术。2.PECVD的优点：（1）沉积速率高（2）沉积温度低，从而不使基板发生相变或变形（3）容易获得比较均匀的组分，成膜质量高（4）通过改变气流比可以使薄膜组分连续变化4二、PECVD技术（二）PECVD过程的动力学在PECVD过程中发生的微观过程为：（1）气体分子与等离子体中的电子发生碰撞，产生出活性基团和离子；（2）活性基团可以直接扩散到衬底；（3）活性基团也可以与其他气体分子或活性基团发生相互作用，进而形成沉积所需的化学基团；（4）沉积所需的化学基团扩散到衬底表面；（5）气体分子也可能没有经过上述活化过程而直接扩散到衬底附近；（6）气体分子被直接排出系统之外；（7）到达衬底表面的各种化学基团发生各种沉积反应并释放出反应产物。5二、PECVD技术（三）PECVD装置的典型结构由于PECVD方法的主要应用领域是一些绝缘介质薄膜的低温沉积，因而其等离子体的产生方法多采用射频方法。射频电场可采用两种不同的耦合方式，即电感耦合和电容耦合。6二、PECVD技术（四）PECVD技术的典型应用7二、PECVD技术（四）PECVD技术的典型应用PECVD氮化硅膜在太阳电池上具有减反射和钝化作用。1.减反射作用：照射到硅片上的光有相当一部分会被反射掉。如果在硅表面制备一层或多层薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这种膜称为太阳电池的减反射膜。制备减反射膜后，电池的短路电流会有很大增加，转换效率相应也有很大提高。波长为λ的光垂直入射，如果膜层光学厚度为λ的四分之一，即nd=λ/4时，硅片表面的反射率为式中n0、n和nSi分别为外界介质、膜层和硅的折射率，d为膜层的实际厚度。要使反射损失减到最小，即Rλ=0，应有硅的折射率nSi=3.9，如果电池直接暴露在真空或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为n=1.97。PECVD氮化硅膜的折射率约为2.0，相当合适。22020SiSinnnRnnn0Sinnn8二、PECVD技术（四）PECVD技术的典型应用2.钝化作用：PECVD沉积氮化硅膜时，反应产生的气体中含氢，因此沉积的薄膜中有较高的氢含量，氢会从氮化硅薄膜中释放，扩散到界面和硅中，最终与悬挂键结合，起到钝化作用。PECVD沉积氮化硅薄膜会有一定程度的表面损伤，形成较多空位。空位能增强氢的扩散，并形成空位对，使氢更容易与缺陷及晶界处的悬挂键结合，从而减小界面态密度和复合中心。o~300C432SiH+NHSiN:H+3H9二、PECVD技术（四）PECVD技术的典型应用由表中可以看出，氮化硅薄膜对电池短路电流的提高非常大，超过了50％。开路电压和填充因子稍有提高。电池的效率增幅达到73.8％。这说明氮化硅薄膜的减反射和氢钝化作用对多晶硅电池的效果非常明显。表氮化硅薄膜对多晶硅电池性能的改善沉积情况短路电流/mA开路电压/mV填充因子FF/%效率/%Before23.8953.3%566.13.1%0.550610.0%7.4573.8%After36.63583.80.605712.95谢谢聆听ThankYou